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第1章 质点运动学 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 参考系 1

1.1.2 质点 1

1.2 质点运动学方程 2

1.2.1 位置矢量 2

1.2.2 运动学方程 2

1.2.3 位移 3

1.2.4 速度 3

1.2.5 加速度 5

1.3 圆周运动 6

1.3.1 平面极坐标系 6

1.3.2 圆周运动的速度 7

1.3.3 圆周运动的加速度 7

1.3.4 匀速率圆周运动和匀变速率圆周运动 9

1.4 相对运动 10

小结 12

阅读材料A 12

习题 13

第2章 牛顿运动定律 18

2.1 牛顿运动定律 18

2.1.1 牛顿运动定律 18

2.1.2 惯性系 19

2.1.3 伽利略的相对性原理 19

2.2 单位制和量纲 20

2.2.1 单位制 20

2.2.2 量纲 20

2.3 主动力和被动力 21

2.3.1 主动力 21

2.3.2 被动力 22

2.4 牛顿定律应用举例 23

2.5 非惯性系、惯性力 26

小结 27

阅读材料B 28

习题 28

第3章 动量守恒定律和能量守恒定律 34

3.1 质点和质点系的动量定理 34

3.1.1 冲量、质点的动量定理 34

3.1.2 质点系的动量定理 35

3.2 动量守恒定律 38

3.3 动能定理 39

3.3.1 功 40

3.3.2 质点的动能定理 41

3.4 保守力和非保守力、势能 42

3.4.1 万有引力、弹性力做功特点 42

3.4.2 保守力与非保守力、保守力做功的数学表达式 44

3.4.3 势能 44

3.4.4 势能曲线 45

3.5 功能原理、机械能守恒定律 46

3.5.1 质点系的动能定理 46

3.5.2 质点系的功能原理 47

3.5.3 机械能守恒定律 47

3.6 能量转换与守恒定律 48

3.7 碰撞 49

3.8 质心、质心运动定律 50

3.8.1 质心 50

3.8.2 质心运动定律 51

小结 52

习题 53

第4章 刚体的转动 58

4.1 刚体的定轴转动 58

4.2 刚体的定轴转动定律 61

4.2.1 力矩 61

4.2.2 转动定律 62

4.2.3 转动惯量 63

4.2.4 平行轴定理 64

4.3 角动量、角动量定理、角动量守恒 66

4.3.1 质点的角动量、角动量定理、角动量守恒定律 66

4.3.2 刚体的角动量、角动量定理、角动量守恒定律 69

4.4 力矩做功和刚体的转动动能 71

4.4.1 力矩做的功 71

4.4.2 力矩的功率 71

4.4.3 转动动能 72

4.4.4 刚体绕定轴转动的动能定理 72

4.4.5 刚体的重力势能和机械能守恒 72

4.5 刚体的滚动 75

4.6 刚体的进动 77

小结 78

习题 79

第5章 气体动理论 84

5.1 热运动的描述 84

5.1.1 平衡态、状态参量、准静态过程 84

5.1.2 理想气体的状态方程 85

5.2 分子热运动和统计规律 86

5.2.1 分子的热运动、分子力 86

5.2.2 分子热运动的无序性及统计规律性 88

5.3 理想气体的压强公式 88

5.3.1 理想气体的分子模型 89

5.3.2 理想气体的压强 89

5.4 能量均分定理 理想气体的内能 91

5.4.1 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 91

5.4.2 分子的自由度 92

5.4.3 能量均分定理 93

5.4.4 理想气体的内能 94

5.5 麦克斯韦气体分子速率分布律 94

5.5.1 测定气体分子速率分布的实验 95

5.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布定律 96

5.5.3 三个统计速率 97

5.6 玻耳兹曼分布律 99

5.6.1 玻耳兹曼分布律 99

5.6.2 重力场中等温气压公式 100

5.7 分子的平均碰撞频率和平均自由程 101

5.7.1 平均碰撞频率？ 101

5.7.2 分子的平均自由程 102

5.8 气体的输运现象 103

5.8.1 粘滞现象 103

5.8.2 热传导 104

5.8.3 扩散 105

5.9 真实气体 范德瓦耳斯方程 106

小结 108

习题 109

第6章 热力学基础 112

6.1 准静态过程 112

6.1.1 准静态过程 112

6.1.2 功 113

6.1.3 内能 114

6.1.4 热量 114

6.1.5 热力学第一定律 114

6.2 理想气体的几个等值准静态过程 115

6.2.1 等体过程、气体的摩尔定容热容 115

6.2.2 等压过程、摩尔定压热容 116

6.2.3 等温过程 118

6.2.4 绝热过程 119

6.2.5 多方过程 121

6.3 循环过程、卡诺循环 123

6.3.1 循环过程 123

6.3.2 热机和制冷机 124

6.3.3 卡诺循环 126

6.4 热力学第二定律 129

6.4.1 热力学第二定律 129

6.4.2 两种表述的等价性 130

6.5 可逆过程与不可逆过程、卡诺定理 130

6.5.1 可逆过程与不可逆过程 130

6.5.2 卡诺定理 132

6.5.3 卡诺定理的证明 132

6.6 熵、玻耳兹曼关系 133

6.6.1 熵 133

6.6.2 自由膨胀的不可逆性 135

6.6.3 玻耳兹曼关系 137

6.7 熵增加原理、热力学第二定律的统计意义 138

6.7.1 熵增加原理 138

6.7.2 热力学第二定律的统计意义 138

6.7.3 熵增与能量退化 139

小结 140

习题 141

第7章 静电场 145

7.1 电荷与库仑定律 145

7.1.1 电荷 145

7.1.2 电荷量子化与电荷守恒定律 145

7.1.3 库仑定律 146

7.1.4 叠加原理 146

7.2 电场强度 147

7.2.1 电场强度 147

7.2.2 静电场的叠加原理 148

7.2.3 电场强度的计算 148

7.3 高斯定理 151

7.3.1 电场线 151

7.3.2 电场强度通量 152

7.3.3 高斯定理 153

7.4 静电场的环路定理 156

7.4.1 静电场力的功 156

7.4.2 静电场的环路定理 157

7.5 电势 157

7.5.1 电势能 157

7.5.2 电势 158

7.5.3 电势差 158

7.5.4 电势叠加原理 158

7.5.5 等势面 160

7.5.6 电势与电场强度的微分关系 161

小结 162

习题 162

第8章 静电场中的导体和电介质 164

8.1 静电场中的导体 164

8.1.1 静电感应和静电平衡 164

8.1.2 导体静电平衡条件 165

8.1.3 有导体存在时静电场分析与计算 166

8.2 电容、电容器 167

8.2.1 孤立导体的电容 167

8.2.2 电容器 168

8.2.3 电容器储存的静电场能量 169

8.3 静电场中的电介质 171

8.3.1 电介质及其分类 171

8.3.2 电介质的极化 171

8.3.3 电介质的击穿 173

8.4 电介质中的高斯定理 174

小结 175

习题 176

第9章 恒定电流 178

9.1 电流和电流密度 178

9.1.1 电流 178

9.1.2 电流密度 178

9.1.3 电流的连续性方程、恒定电流的条件 180

9.2 欧姆定律、焦耳-楞次定律 181

9.2.1 欧姆定律及其微分形式 181

9.2.2 焦耳-楞次定律及其微分形式 182

9.3 电动势 含源电路欧姆定律 184

9.3.1 电源及电源的电动势 184

9.3.2 含源电路欧姆定律 185

9.4 基尔霍夫方程组及其应用 186

9.4.1 基尔霍夫方程组 186

9.4.2 基尔霍夫方程组的应用 187

小结 188

习题 189

第10章 稳恒磁场 191

10.1 磁场与磁感应强度 191

10.1.1 磁场力 191

10.1.2 磁感应强度 192

10.2 毕奥-萨伐尔定律 193

10.2.1 电流元 193

10.2.2 毕奥-萨伐尔定律 194

10.2.3 磁感应强度叠加原理 194

10.2.4 运动电荷的磁场 196

10.3 磁场的高斯定理和安培环路定理 197

10.3.1 磁通量 197

10.3.2 磁场的高斯定理 199

10.3.3 安培环路定理 199

10.4 带电粒子在磁场中的运动 202

10.4.1 洛伦兹公式 202

10.4.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 202

10.4.3 霍耳效应 203

10.5 磁场对电流的作用 204

10.5.1 安培定律 204

10.5.2 安培定律的应用 205

10.6 磁介质中的磁场 206

10.6.1 磁介质及磁介质的磁化 206

10.6.2 磁介质的磁导率 207

10.6.3 磁场强度、磁介质中的安培环路定理 208

10.6.4 铁磁质 209

小结 211

习题 211

第11章 电磁感应和电磁场 214

11.1 电磁感应的基本规律 214

11.1.1 电磁感应现象 214

11.1.2 法拉第电磁感应定律 215

11.1.3 楞次定律 215

11.2 动生电动势 216

11.2.1 概念 216

11.2.2 能量转换 218

11.2.3 动生电动势的计算 218

11.3 感生电动势 220

11.3.1 电磁感应定律的普遍形式 220

11.3.2 感生电场的应用 222

11.4 自感和互感 222

11.4.1 自感 222

11.4.2 互感 223

11.5 磁场的能量 225

11.5.1 自感中的能量转换 225

11.5.2 磁场能量密度 225

11.5.3 磁能的计算 226

11.6 麦克斯韦电磁场理论简介 227

11.6.1 位移电流 227

11.6.2 麦克斯韦方程组 229

小结 231

习题 232

第12章 振动 235

12.1 简谐振动的描述 235

12.1.1 简谐振动 235

12.1.2 简谐振动的表达式 235

12.1.3 简谐振动的速度和加速度 237

12.1.4 简谐振动的旋转矢量表示 237

12.2 几种常见的简谐振动 239

12.2.1 单摆 239

12.2.2 复摆 239

12.3 简谐振动的能量 240

12.4 简谐振动的合成 242

12.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 242

12.4.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成 243

12.4.3 相互垂直的简谐振动的合成 243

12.5 阻尼振动、受迫振动、共振 244

12.5.1 阻尼振动 244

12.5.2 受迫振动和共振 245

12.6 电磁振荡 246

12.6.1 振荡电路 无阻尼自由电磁振荡 246

12.6.2 无阻尼电磁振荡的振荡方程 247

12.6.3 无阻尼自由电磁振荡的能量 248

小结 249

习题 250

第13章 波动 252

13.1 波动的基本概念 252

13.1.1 机械波的形成 252

13.1.2 波动的分类 253

13.1.3 描述波动的物理量 253

13.2 平面简谐波的波函数 254

13.2.1 波函数 254

13.2.2 波函数的物理意义 255

13.3 波的能量 257

13.3.1 波的能量分布 257

13.3.2 平均能流和能流密度 258

13.4 波的叠加、干涉和驻波 258

13.4.1 波的叠加原理 258

13.4.2 波的干涉 259

13.4.3 驻波 260

13.5 惠更斯原理和波的衍射 262

13.5.1 惠更斯原理 262

13.5.2 用惠更斯原理解释波的衍射现象 263

13.6 多普勒效应 263

13.6.1 波源不动，观察者相对介质以速度v0运动 264

13.6.2 观察者不动，波源相对介质以速度vs运动 264

13.6.3 波源与观察者同时相对介质运动 265

13.7 平面电磁波 267

13.7.1 电磁波的产生与传播 267

13.7.2 平面电磁波的特性 269

13.7.3 电磁波的能量 270

13.7.4 电磁波谱 271

小结 271

习题 272

第14章 光学 274

14.1 几何光学简介 275

14.1.1 光的传播规律 275

14.1.2 全反射 277

14.1.3 光在平面上的反射和折射 277

14.1.4 光在球面上的反射和折射 278

14.1.5 薄透镜 285

14.1.6 光学仪器 288

14.2 光源、光的相干性 291

14.2.1 光源、光的颜色和光谱、光强 291

14.2.2 光的相干性 293

14.2.3 相干光的获得方法 294

14.3 双缝干涉 294

14.3.1 杨氏双缝实验 294

14.3.2 杨氏双缝干涉的光强分布 296

14.3.3 缝宽对干涉条纹的影响、空间相干性 296

14.3.4 双镜 297

14.3.5 洛埃镜 297

14.3.6 光源的相干长度 299

14.4 光程、光程差 300

14.4.1 光程 300

14.4.2 光程差 300

14.4.3 物像之间的等光程性 301

14.4.4 反射光的相位突变和附加光程差 302

14.5 薄膜干涉 302

14.5.1 等倾干涉 302

14.5.2 增透膜与增反膜 305

14.5.3 等厚干涉条纹 305

14.6 迈克耳孙干涉仪 310

14.7 光的衍射 312

14.7.1 光的衍射现象 312

14.7.2 惠更斯-菲涅耳原理 312

14.7.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 313

14.8 单缝衍射 313

14.9 圆孔衍射、光学仪器的分辨率 317

14.10 光栅衍射 319

14.10.1 光栅衍射 319

14.10.2 光栅方程 320

14.10.3 光栅衍射的强度分布 320

14.10.4 缺级 322

14.10.5 光栅光谱 323

14.10.6 光栅的分辨本领 325

14.10.7 干涉和衍射的区别与联系 326

14.11 X射线的衍射 327

14.12 光的偏振性、马吕斯定律 328

14.12.1 自然光、偏振光 329

14.12.2 偏振片、起偏与检偏 330

14.12.3 马吕斯定律 331

14.13 反射光和折射光的偏振 332

14.14 光的双折射 333

14.14.1 寻常光和非常光 333

14.14.2 光轴与主平面 334

14.14.3 单轴晶体的子波波阵面 334

14.14.4 惠更斯原理在双折射现象中的应用 335

14.14.5 晶体的二向色性和偏振片 336

14.15 偏振光的干涉、人为双折射 337

14.15.1 偏振光的干涉 337

14.15.2 人为双折射 338

14.16 旋光性 340

14.17 现代光学简介 342

14.17.1 傅里叶光学 342

14.17.2 全息照相 343

14.17.3 非线性光学 344

小结 345

习题 347

第15章 相对论 354

15.1 牛顿力学时空观 355

15.1.1 伽利略时空变换 355

15.1.2 牛顿力学时空观 356

15.2 迈克耳孙-莫雷实验 356

15.3 相对论的基本原理和洛伦兹变换 358

15.3.1 相对论的基本原理 358

15.3.2 洛伦兹时空变换 359

15.3.3 洛伦兹速度变换 361

15.4 相对论的时空观 362

15.4.1 同时的相对性 362

15.4.2 时间延迟 363

15.4.3 长度收缩 364

15.5 相对论动力学 365

15.5.1 动量与质量 365

15.5.2 动能和能量 366

15.5.3 能量和动量的关系 367

15.6 广义相对论简介 368

15.6.1 广义相对论的等效原理 368

15.6.2 广义相对性原理 370

15.6.3 广义相对论时空特性的几个例子 370

小结 371

习题 373

第16章 量子物理 376

16.1 黑体辐射与普朗克能量子假设 376

16.1.1 黑体与黑体辐射 376

16.1.2 黑体辐射的实验规律 377

16.1.3 黑体辐射的理论解释 378

16.2 光电效应、爱因斯坦光量子假设 381

16.2.1 光电效应的实验规律 381

16.2.2 光子与爱因斯坦方程 382

16.2.3 光的波粒二象性 383

16.3 康普顿效应 384

16.3.1 康普顿效应的实验规律 384

16.3.2 康普顿效应的量子解释 385

16.4 玻尔的氢原子理论 387

16.4.1 氢原子光谱的规律 387

16.4.2 卢瑟福的有核模型 388

16.4.3 玻尔的氢原子理论 389

16.5 德布罗意波 391

16.5.1 德布罗意假设 391

16.5.2 德布罗意波的实验验证 392

16.6 不确定关系 393

16.7 量子力学简介 394

16.7.1 波函数与概率密度 395

16.7.2 薛定谔方程 396

16.7.3 一维无限深方势阱 397

16.7.4 一维方势垒、隧道效应 399

16.8 氢原子的量子理论 400

16.8.1 氢原子的定态薛定谔方程 400

16.8.2 三个量子数 401

16.8.3 基态波函数 401

16.9 电子的自旋及电子分布 402

16.9.1 电子的自旋 402

16.9.2 电子在原子中的分布 403

16.10 激光 405

16.10.1 自发辐射和受激辐射 405

16.10.2 激光原理 406

16.10.3 激光器 408

16.10.4 激光器的特性和应用 409

16.11 半导体 409

16.11.1 固体的能带 409

16.11.2 半导体 411

16.11.3 PN结 412

16.12 超导体 413

16.12.1 超导体的基本电磁学性质 413

16.12.2 超导体电性的BCS理论 414

16.12.3 超导体的应用 415

小结 415

习题 419

参考文献 422